多波長光固化3D打印多種樹脂材料

供稿人:何垚垚 張航

在光固化領域，威斯康星大學麥迪遜分校的科學家開發(fā)出一種新型3D打印機，它擁有可見光和紫外光兩種模式，可以同時打印多種光敏樹脂材料。

該方法利用多材料光固化空間控制（MASC）技術，在增材制造過程中根據不同的材料化學成分選擇不同的光源波長。多組分光敏素包括具有相應的自由基和陽離子引發(fā)劑的丙烯酸酯和環(huán)氧化物基單體。在長波長（可見光）照射下，觀察到丙烯酸酯組分的優(yōu)先固化。在短波長（UV）照射下，摻入丙烯酸酯和環(huán)氧化物組分的組合優(yōu)先固化。這使得能夠生產含有硬質環(huán)氧化物網絡的多材料部件，與軟水凝膠和有機凝膠形成對比。 MASC配方的變化極大地改變了打印樣品的機械性能。使用不同MASC配方打印的樣品具有空間控制的化學不均勻性，機械各向異性和空間控制的膨脹。圖1為使用BA-1 MASC制劑打印的樣品的壓縮測試應變圖，表1為光敏樹脂配方。

圖1 設計圖、打印模型和代表性應力

表1 光敏樹脂配方

在實際操作中，研究人員同時將來自兩臺投影儀的光線導向一大桶液體原材料，在平臺上逐層構建。構建一個層之后，構建平臺向上移動，然后構建下一層。研究人員面臨的主要障礙是優(yōu)化原料的化學性質。他們首先考慮了兩種單體在一個桶中的表現(xiàn)。他們還必須確保單體具有相似的固化時間，以使每層內的硬質和軟質材料在大約相同的時間內完成干燥。通過適當?shù)幕瘜W反應，研究人員現(xiàn)在可以通過紫外線或可見光確切地確定每種單體在打印物體內固化的位置。

參考文獻：
JJ Schwartz，AJ Boydston. Multimaterial actinic spatial control 3D and 4D printing [J]. Nature Communications, 2019, 10:791.

供稿人:何垚垚 張航 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室